ISBN 978-3-8439-0189-5

978-3-8439-0189-5, Reihe Ingenieurwissenschaften

Markus Holzki
Faseroptischer Evaneszenzfeld-Absorptionssensor mit dielektrophoretischer Anreicherung des Analyten

129 Seiten, Dissertation Technische Universität Kaiserslautern (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung optischer Analysemethoden zur Bestimmung des Wassergehaltes von Schmierölen und der Implementierung dieser Methoden in das Konzept eines kompakten online-Sensors. Außerdem wird eine Erhöhung der Sensitivität durch Anreicherung des Analyten mit Hilfe elektrischer Felder etabliert.

Zur Bestimmung der Wasserkonzentration des Schmieröls wird das evaneszente Lichtfeld in der Umgebung einer optischen Faser genutzt. Dafür wird die Absorptionsbande von Wasser bei einer Wellenlänge von 2,95 μm ausgewählt, da die Strahlung in diesem Bereich stark mit den Wassermolekülen interagiert. Um die „mantellose“ Faser herum fließt der Analyt in einer Durchflusszelle, sodass er in direktem Kontakt zur Faser steht. Die Faser stellt dabei den Kern des Wellenleiters dar und der Analyt den Mantel. Eine Zunahme der Wasserkonzentration des Schmieröls führt zu erhöhten Dämpfungsverlusten im evaneszenten Feld der geführten Welle.

Es werden unterschiedliche Strahlungsquellen und Detektoren vorgestellt, um eine geeignete Auswahl zum Aufbau eines kompakten Sensors treffen zu können. Außerdem werden geeignete Fasermaterialien diskutiert, die einerseits genügend Transparenz im gewählten Spektralbereich und andererseits eine ausreichende mechanische und chemische Stabilität aufweisen. Nach diesen Überlegungen wird ein Sensor realisiert. Die Strahlung wird durch einen breitbandigen thermischen Emitter in Verbindung mit einem optischen Bandpassfilter erzeugt und in eine Faser aus Saphir eingekoppelt. Zur Detektion des Signals wird ein Blei-Sulfid-Detektor verwendet.